【摘要】：郵輪對操縱性和振動(dòng)噪音有嚴(yán)格的要求,目前普遍采用吊艙推進(jìn)器。推進(jìn)器艙位于螺旋槳正上方,是船體局部振動(dòng)集中的區(qū)域。針對吊艙推進(jìn)器可定量分析其激勵(lì)力,并通過改進(jìn)推進(jìn)器艙結(jié)構(gòu)降低結(jié)構(gòu)振動(dòng),改善振動(dòng)傳遞。目前工程上主要通過錯(cuò)開激勵(lì)力頻率與船體結(jié)構(gòu)固有頻率降低結(jié)構(gòu)振動(dòng),船體振動(dòng)傳遞特性主要應(yīng)用計(jì)算傳遞函數(shù)的方法,針對結(jié)構(gòu)振動(dòng)的優(yōu)化也以經(jīng)驗(yàn)方法為主。因此,本文首先對吊艙推進(jìn)器與主船體進(jìn)行耦合振動(dòng)計(jì)算研究,并運(yùn)用3種方法進(jìn)行了傳遞特性分析,最終采用結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng),在拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算的基礎(chǔ)上得到振動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。本文研究內(nèi)容包括:(1)根據(jù)船體結(jié)構(gòu)圖與總布置圖建立4種尺度范圍的振動(dòng)計(jì)算有限元模型,對不同尺度范圍的模型進(jìn)行固有頻率計(jì)算,分析吊艙推進(jìn)器與主船體耦合振動(dòng)效應(yīng),選取適合振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算的模型。(2)應(yīng)用兩種求解器計(jì)算振動(dòng)響應(yīng),并確定推進(jìn)器艙振動(dòng)響應(yīng)約束。應(yīng)用振動(dòng)響應(yīng)直接對比的方法和計(jì)算傳遞函數(shù)的方法定量分析了振動(dòng)的傳遞,并運(yùn)用功率流法對推進(jìn)器艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)傳遞定性分析。(3)在振動(dòng)響應(yīng)與傳遞分析的基礎(chǔ)上,建立3個(gè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化模型,并應(yīng)用變密度材料插值模型,以振動(dòng)速度響應(yīng)為約束,體積分?jǐn)?shù)最小為目標(biāo)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算,探索插值函數(shù)、不同模型設(shè)計(jì)區(qū)域?qū)?yōu)化結(jié)果的影響,對比總結(jié)得到推進(jìn)器艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。對優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行響應(yīng)計(jì)算和質(zhì)量對比,完成推進(jìn)器艙結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【圖文】：

- 9 -圖 2-1 郵輪尾部總布置圖Fig.2-1 The general arrangement layout of cruise’s stern吊艙推進(jìn)器擁有推進(jìn)效率高，空間配置靈活、節(jié)省艙容，振動(dòng)噪音小，機(jī)動(dòng)性高與操縱性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。以 Azipod XO2500 全回轉(zhuǎn)吊艙推進(jìn)器[30]為例，其安裝特點(diǎn)如圖 2-2 中 a 圖所示，最上層是安裝在船體內(nèi)的操作室，內(nèi)部配有電動(dòng)液壓操作系統(tǒng)，可以對推進(jìn)器的方向等進(jìn)行控制；中間是方位模塊，，配有轉(zhuǎn)向電機(jī)和齒輪箱；最下層為推進(jìn)器模塊，也是吊艙式推進(jìn)器的主體部分。推進(jìn)器模塊前段為 5 葉螺旋槳，由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，吊艙推進(jìn)器與船體相連的部位需要有局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，依據(jù) LR 船級社規(guī)定，方位模塊四周有輻射狀的強(qiáng)支持結(jié)構(gòu)，并在吊艙推進(jìn)器周圍設(shè)置橫向與縱向的桁材作為支撐，如圖 2-2 中 b 圖所示。在建立有限元模型過程中，應(yīng)當(dāng)考慮吊艙推進(jìn)器質(zhì)量，并將其附屬機(jī)械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量合理施加至船體上。

a) 吊艙推進(jìn)器布置形式a) The pod arrangementb) 吊艙推進(jìn)器周圍局部結(jié)構(gòu)b) Local scantling of pod structure圖 2-2 吊艙推進(jìn)器布置與局部結(jié)構(gòu)Fig.2-2 The arrangement and local scantling of pod2.2 船尾振動(dòng)特性與頻響計(jì)算方法進(jìn)行船體尾部振動(dòng)特性計(jì)算時(shí)，需考慮到舷外水對振動(dòng)的影響。舷外水對船體的影響有重力影響、阻尼影響和慣性質(zhì)量影響。重力影響源于船舶的浮力變化，船體垂向振動(dòng)時(shí)，水體類似于船體梁的彈性基座，但重力影響一般較小不計(jì)。舷外水的阻尼影響可分為船體與流體摩擦產(chǎn)生的阻尼和表面波與壓力波引起的能量損耗。但這些阻尼難以單獨(dú)計(jì)算，因此，常用的做法是舷外水引起的阻尼與船體結(jié)構(gòu)內(nèi)阻尼一起考慮，作為濕模態(tài)下的模態(tài)阻尼。雖然阻尼在不同頻率下是有差異的，但通常在計(jì)算中取為一個(gè)常數(shù)。慣性質(zhì)量影響源于舷外水參與船體振動(dòng)，一部分舷外水與船體一起振動(dòng)，這部分舷外水質(zhì)量稱為附連水質(zhì)量，它與船體本身質(zhì)量為同一量級，因此不能忽略。附連水質(zhì)量與船舶的型線、振動(dòng)階次以及水
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U664.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2606987